点光源と面光源の影を光線で予測しよう

このレッスンの役割

ここまで、見える条件、光源、直進、光線、三枚穴実験を学びました。このレッスンはセクションの仕上げです。直進を使って影を予測します。

目標は、光源から物体の端を通る光線を描き、影の範囲と大きさを説明し、点光源と広がりをもつ面光源で影の境界が違う理由を考えることです。

知る・理解する

影は、物体が光をさえぎり、スクリーンへ光が届かない範囲です。点光源では、光源から物体の上下の端へ光線を引き、そのままスクリーンまで延ばすと影の境界が分かります。

面光源では、光源の一部だけがさえぎられる場所があります。すべての光が届かない本影と、一部の光が届く半影ができ、境界がぼやけます。

点光源を物体へ近づけると、物体の端を通る光線が大きく広がり、スクリーン上の影は大きくなります。物体をスクリーンへ近づけると、影は物体の大きさに近づきます。

具体例で使う

スマートフォンのライトに手を近づけ、壁に影を作ります。手をライトへ近づけると影が大きくなり、壁へ近づけると小さく輪郭がはっきりします。

体育館の複数の照明では、それぞれの光源が別方向から光を送るため、薄い影が重なって見えることがあります。影の形は物体の形だけでなく、光源の大きさ・位置・数で決まります。

誤答を直して次の学びへつなげる

「影は物体の同じ大きさのコピー」ではありません。光源・物体・スクリーンの位置で大きさが変わります。「ぼやけた影は光が曲がったため」とも限らず、面光源の異なる場所から来た光が一部届くことで半影ができます。

次のセクションでは、光が物体で反射するときの角度を、法線を使って実験・作図します。

自分で確かめよう

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。